மேற்பரப்பில் ஏற்றப்பட்ட அதிவேக சுழலி காந்தம் தக்கவைப்பு: ஏன் 'பிசின் அதை வைத்திருக்கும்' மிகவும் ஆபத்தான மாயை

ஒரு அதிவேக நிரந்தர காந்த மோட்டார் 20,000 rpm க்கு மேல் இயங்குகிறது, ரோட்டார் சுற்றளவில் உள்ள ஒவ்வொரு காந்தமும் அதன் சொந்த எடையை விட டஜன் மடங்கு மையவிலக்கு விசையை அனுபவிக்கிறது. வடிவமைப்பாளர் 'ஒரு சிறந்த பிசின் அதை வைத்திருக்கும்' என்று கருதினால், இதன் விளைவாக, நீடித்து நிலைத்திருக்கும் ஒரு கட்டத்தில் பிசின் லேயரில் விரிசல் ஏற்பட்டு, காந்தம் பறந்து விடும், மற்றும் ரோட்டார்-ஸ்டேட்டர் தேய்த்தல், குறுகிய சுற்றுகள் மற்றும் மொத்த இயந்திர செயலிழப்பு ஆகியவை வரிசையாக பின்பற்றப்படுகின்றன. ஒரு மேற்பரப்பில் பொருத்தப்பட்ட அதிவேக சுழலியில்,  பிசின் எப்போதும் தக்கவைப்பதற்கான முதன்மை வழிமுறையாக இருக்காது; அது நிலைப்படுத்துதல் மற்றும் தணித்தல் ஆகியவற்றிற்கு ஒரு துணை வீரர் மட்டுமே . காந்தங்கள் 'பறக்கிறதா இல்லையா' என்பதை உண்மையில் எது தீர்மானிக்கிறது என்பது சுமை பாதைகள் முதல் கட்டமைப்பு விவரங்கள் வரை நீட்டிக்கப்படும் கணினி-நிலை பொறியியல் அணுகுமுறையாகும்.

மையவிலக்கு விசை மற்றும் காந்தம் உடையக்கூடிய தன்மை: தவிர்க்க முடியாத முரண்பாடு

ஒரு மேற்பரப்பில் பொருத்தப்பட்ட சுழலியில், நிரந்தர காந்தங்கள் நேரடியாக சுழலியின் வெளிப்புற மேற்பரப்பில் அமர்ந்திருக்கும், மேலும் மையவிலக்கு விசை முழுவதுமாக காந்தங்கள் மற்றும் அவற்றுக்கு வெளியே உள்ள தக்கவைப்பு அமைப்பு மூலம் தாங்கப்படுகிறது. சின்டர் செய்யப்பட்ட NdFeB இன் அபாயகரமான பலவீனம் என்னவென்றால், அது கடினமானது மற்றும் உடையக்கூடியது-அதன் இழுவிசை வலிமை அதன் சுருக்க வலிமையை விட மிகக் குறைவாக உள்ளது, மேலும் இது உள்ளூர் குறைபாடுகள், மைக்ரோகிராக்குகள் மற்றும் அசெம்பிளி சேதங்களுக்கு மிகவும் உணர்திறன் கொண்டது. மிகவும் தீவிரமாக, மையவிலக்கு சுமை வேகத்தின் சதுரத்துடன் வளர்கிறது: வேகத்தை இரட்டிப்பாக்குகிறது, மேலும் சுமை நான்கு மடங்கு பெரியதாகிறது. 30,000 ஆர்பிஎம்மில் இயங்கும் 40 மிமீ விட்டம் கொண்ட ரோட்டருக்கு, மேற்பரப்பு நேரியல் வேகம் சுமார் 62.8 மீ/வி ஆகும். இது ஏற்கனவே ஒரு கட்டமைப்பு நிலையாகும், இது தீவிரமாக சிகிச்சையளிக்கப்பட வேண்டும்-ஒட்டினால் மட்டும் 'அடக்கப்படக்கூடிய' ஒரு காட்சி அல்ல.

அறை வெப்பநிலையில் ஒட்டக்கூடிய வெட்டு-வலிமை தரவு பெரும்பாலும் சுவாரஸ்யமாக இருக்கும், ஆனால் அதிவேக சுழலியின் உள் வெப்பநிலை 150 டிகிரி செல்சியஸ் அல்லது அதற்கும் அதிகமாக செயல்பாட்டின் போது உயரும். இத்தகைய வெப்பநிலையில், சாதாரண கட்டமைப்பு பசைகளின் மாடுலஸ் கூர்மையாக குறைகிறது, மேலும் நீண்ட கால மையவிலக்கு வெட்டுக்கு கீழ் ஒரு பிசின் அடுக்கு க்ரீப்-கிராக்கிங்-டிபோண்டிங்கின் ஒட்டுமொத்த சேத பாதையில் நுழைகிறது. முற்றிலும் பிசின் சார்ந்து இருக்கும் கட்டமைப்புகள் 10,000 rpm க்குக் குறைவாகவே இயங்கும் என்று பொறியியல் அனுபவம் குறிப்பிடுகிறது, ஆனால் 15,000 rpm வாசலைத் தாண்டியவுடன், பிசின் அடுக்கின் நீண்டகால நம்பகத்தன்மை ஏற்றுக்கொள்ள முடியாததாகிவிடும். இது பிசின் 'மோசமானது' என்பதனால் அல்ல, ஆனால்  பிசின் முதன்மையான சுமையைச் சுமக்கக் கூடாது என்ற நிலையில் வைக்கப்பட்டுள்ளதால்..

ஸ்லீவ் தக்கவைத்தல்: மையவிலக்கு-சுமை பேட்டனை அதிக வலிமை கொண்ட பொருட்களுக்கு அனுப்புதல்

அதிவேக மேற்பரப்பில் பொருத்தப்பட்ட சுழலிகளுக்கான மிக முக்கிய தக்கவைப்பு தீர்வு, காந்தங்களுக்கு வெளியே ஒரு பாதுகாப்பு ஸ்லீவ் பொருத்துவது மற்றும் ஒரு குறுக்கீடு பொருத்தம் மூலம் காந்தங்களுக்கு ரேடியல் ப்ரீலோடைப் பயன்படுத்துவது ஆகும், இதனால் காந்தங்கள் அழுத்தத்தில் அல்லது கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அழுத்தத்தின் கீழ் இருக்கும், குளிர் நிலையில் அதிக வேகத்தில், மற்றும் வெப்ப நிலையில் அதிக வேகத்தில் வெளியே இழுக்கப்படுவதற்கு பதிலாக ' ஸ்லீவ் வடிவமைப்பின் மையமானது 'ஒரு ஷெல் சேர்ப்பது' அல்ல, ஆனால்  குறுக்கீட்டின் துல்லியமான தேர்வு : மிகக் குறைவான குறுக்கீடு, மற்றும் தொடர்பு அழுத்தம் அதிக வேகத்தில் பூஜ்ஜியத்திற்கு குறைகிறது, இதனால் காந்தங்கள் ரோட்டார் மையத்திலிருந்து பிரிக்கப்படுகின்றன; அதிகப்படியான குறுக்கீடு, மற்றும் ஸ்லீவின் சொந்த வளைய அழுத்தம் அதன் வரம்பை மீறுகிறது அல்லது காந்தங்களின் மீது அதிகப்படியான அழுத்த அழுத்தம் உள்ளூர் எலும்பு முறிவை ஏற்படுத்துகிறது.

ஸ்லீவ் மெட்டீரியல் தேர்வில், கார்பன்-ஃபைபர் கலவைகள் மற்றும் உலோகக் கலவைகளுக்கு இடையிலான வர்த்தகம் நேரடியாக ரோட்டரின் இழப்பு, வெப்பநிலை உயர்வு மற்றும் சக்தி-அடர்வு எல்லையை தீர்மானிக்கிறது.

கார்பன்-ஃபைபர் கலப்பு ஸ்லீவ்களின் கவர்ச்சியானது அவற்றின்  மிக உயர்ந்த குறிப்பிட்ட வளைய வலிமை  மற்றும் குறைந்த அடர்த்தியில் உள்ளது. அவை உலோக சட்டைகளை விட மெல்லியதாக உருவாக்கப்படலாம், காற்று இடைவெளிக்கு அதிக இடத்தை விடுவித்து, சக்தி அடர்த்தியை மேம்படுத்த உதவுகிறது. ஆனால் கலவைகள் அனிசோட்ரோபிக்; அவற்றின் வளைய வலிமை ஃபைபர் முறுக்கு நோக்குநிலை மற்றும் செயல்முறைத் தரத்தைப் பொறுத்தது, மேலும் அவற்றின் தோல்வி முறைகள் ஃபைபர் எலும்பு முறிவு, மேட்ரிக்ஸ் கிராக்கிங் மற்றும் டெலாமினேஷன் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. ஆய்வு மற்றும் ஏற்றுக்கொள்ளும் தர்க்கம் உலோகப் பகுதிகளிலிருந்து முற்றிலும் வேறுபட்டது. அடிக்கடி கவனிக்கப்படாத மற்றொரு உண்மை என்னவென்றால்,  கார்பன் ஃபைபர் ஒரு இன்சுலேட்டர் அல்ல . ஒரு CFRP ஸ்லீவ் ஒரு மாற்று காந்தப்புலத்தில் சுழல் மின்னோட்ட இழப்பை உருவாக்குகிறது, மேலும் இழப்பு அமைப்பு அமைப்பு, ஃபைபர் தொடர்பு நிலை மற்றும் பிசின் அமைப்பு ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது; அதை 'பூஜ்ஜிய இழப்பு' என்று எளிமைப்படுத்த முடியாது. கார்பன் ஃபைபரின் வெப்ப கடத்துத்திறனும் திசை சார்ந்தது, மேலும் ரோட்டருக்குள் இருக்கும் வெப்பம் வெளிப்புறமாக மாற்றப்படும் பாதை உலோக சட்டையை விட மிகவும் சிக்கலானது.

மெட்டல் ஸ்லீவ்களின் நன்மைகள் - டைட்டானியம் அலாய், இன்கோனல் 718, துருப்பிடிக்காத எஃகு - ஐசோட்ரோபிக்  , சிறந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் அதிக முதிர்ந்த பரிமாண துல்லியம் மற்றும் தொகுதி நிலைத்தன்மையை வழங்குகின்றன . டைட்டானியம் அலாய் மிதமான அடர்த்தி மற்றும் வலிமை மற்றும் வெப்பநிலை எதிர்ப்பிற்கு இடையே ஒரு நல்ல சமநிலையைக் கொண்டுள்ளது, இது அதிவேக சுழலிகளில் பொதுவான சமரசமாகிறது; இன்கோனல் 718 அதிக வெப்பநிலை வலிமையைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் அதிக அடர்த்தி மற்றும் மின்னோட்ட இழப்பையும் கொண்டுள்ளது. மெட்டல் ஸ்லீவின் விலை அதன் உயர் மின் கடத்துத்திறன் ஆகும்: ஸ்டேட்டர் ஸ்லாட் ஹார்மோனிக்ஸ் ஸ்லீவில் சுழல் மின்னோட்டத்தைத் தூண்டுகிறது, மேலும் இந்த இழப்பு நேரடியாக ரோட்டரின் வெப்ப சுமையில் மிகைப்படுத்தப்படுகிறது, இது குறுக்கீடு பொருத்தத்தின் வெப்ப-நிலை தொடர்பு அழுத்தத்தை மாற்றுகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஒரு தெளிவான போக்கு  கலவை ஸ்லீவ் அமைப்பு : வெளிப்புற டைட்டானியம் அலாய் லேயர் முக்கிய வளைய சுமையைச் சுமக்கிறது, அதே நேரத்தில் உள் கார்பன்-ஃபைபர் அல்லது குறைந்த-இழப்பு அடுக்கு வெப்பப் பொருத்தம் மற்றும் இழப்பு விநியோகத்தை டியூன் செய்கிறது. 45 kW/45,000 rpm-வகுப்பு மோட்டார்கள் ஒப்பிடுகையில், கலப்பு ஸ்லீவின் ரோட்டார் பக்க வெப்பநிலை உயர்வு அனைத்து டைட்டானியம் இரட்டை அடுக்கு ஸ்லீவ் விட குறைவாக இருந்தது, 'அடுக்குகளில் பல முரண்பாடுகளை தீர்க்கும்.' யோசனையை நிரூபிக்கிறது.

இறுதித் தக்கவைப்பு: பிசின் அடிப்படையிலான வடிவமைப்புகளால் மறக்கப்பட்ட 'கடைசித் தக்கவைக்கும் சுவர்'

ஒரு ஸ்லீவ் இருந்தாலும், அச்சு திசையில் எந்த இயந்திர தடையும் இல்லை என்றால், ஒரு மறைக்கப்பட்ட தோல்வி பாதை உள்ளது: அதிவேக சுழற்சியின் அதிர்வு மற்றும் வெப்ப சுழற்சியின் கீழ், காந்தங்கள் சிறிது அச்சு இடம்பெயர்வுக்கு உட்படலாம், படிப்படியாக பிசின் லேயரை சேதப்படுத்தி, தொடர்பு மேற்பரப்புகளை அணிந்து, இறுதியில் ஸ்லீவ் விநியோகத்தை மோசமாக்குகிறது. இறுதி தக்கவைப்பு கட்டமைப்பின் பங்கு இந்த பாதையை முற்றிலுமாக தடுப்பதாகும்.

நிறுவுவதே மிகவும் நேரடியான அணுகுமுறையாகும் .  தக்கவைக்கும் வளையங்கள் அல்லது இறுதித் தட்டுகளை  காந்தங்களை அச்சில் கட்டுப்படுத்த சுழலியின் இரு முனைகளிலும் மிகவும் கச்சிதமான வடிவமைப்புகளில், ரோட்டார் மையத்தின் முடிவில் ஒரு வருடாந்திர படி இயந்திரம் செய்யப்படலாம், இதனால் காந்தங்கள் செருகப்பட்ட பிறகு, படி மேற்பரப்பு அச்சு தக்கவைப்பை வழங்குகிறது; மாற்றாக, சுற்றளவு நிலைப்படுத்தல் மற்றும் அச்சுக் கட்டுப்பாடு ஆகிய இரண்டையும் வழங்குவதற்கு அழுத்தத் தட்டுகள்/தடுப்பு அம்சங்கள் அருகில் உள்ள காந்தங்களுக்கு இடையில் வைக்கப்படலாம். வெளிப்புற சுழலி அமைப்பிற்கு, டிரம்மின் உள் சுவரில் காந்தம் ஏற்றும் மண்டலத்திற்கும் தக்கவைக்கும் மண்டலத்திற்கும் இடையே உயர வேறுபாடு உருவாகிறது, மேலும் காந்தம் ஏற்றும் மண்டலத்தின் இறுதி முகம் இயற்கையாகவே அச்சு தக்கவைக்கும் உதடாக மாறும். இந்த கட்டமைப்புகளின் பொதுவான தர்க்கம்:  அச்சுத் தக்கவைப்பு பிசின் அடுக்கை நம்பவில்லை, ஆனால் உலோகம் அல்லது கலவை கூறுகளால் நேரடியாகப் பெறப்படுகிறது . சிமோ ஃபோரத்தின் முதல் அனுபவமும் இதை உறுதிப்படுத்துகிறது—காந்தங்களின் இரு முனைகளிலும் துருப்பிடிக்காத எஃகு தக்கவைக்கும் உதடுகளைச் சேர்த்த பிறகு, அதே பிசின் திட்டம் 20,000 ஆர்பிஎம் சர்வோ மோட்டாரில் 1,000 மணிநேர நீடித்து நிலைப்பு சோதனையை நிறைவு செய்தது.

பாட்டிங்கின் பங்கு: ஒருங்கிணைப்பு, ஆனால் ஒரு சஞ்சீவி அல்ல

எபோக்சி பாட்டிங் பெரும்பாலும் பல காந்தங்களை ஒரு வளைய அலகுக்குள் ஒருங்கிணைக்கப் பயன்படுகிறது, இது தனிப்பட்ட காந்தங்கள் தவறாக வடிவமைக்கப்பட்டு அல்லது விழும் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது. பாட்டிங் உண்மையில் அதிர்வு தணிப்பை மேம்படுத்தலாம், சுமை விநியோகத்தை சீரானதாக மாற்றலாம் மற்றும் ஓரளவிற்கு சுற்றுச்சூழல் ஊடகத்தை தனிமைப்படுத்தலாம். ஆனால் இது தெளிவான வரம்புகளையும் கொண்டுள்ளது. சுருங்குதல், மீதமுள்ள வெற்றிடங்கள் மற்றும் பாட்டிங் பிசின் வெப்ப கடத்துத்திறன் ஆகியவை தவிர்க்க முடியாத மூன்று பொறியியல் கட்டுப்பாடுகள்: வெற்றிடங்கள் மின் காப்பு மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனில் உள்ளூர் பலவீனமான புள்ளிகளை உருவாக்குகின்றன மற்றும் மாற்று மையவிலக்கு சுமையின் கீழ் விரிசல் துவக்க தளங்களாக மாறும்; எக்ஸோதெர்மிக் சிகிச்சை மற்றும் சுருக்கம் சரியாகக் கட்டுப்படுத்தப்படாவிட்டால், எஞ்சிய அழுத்தம் பிசினுக்குள் இருக்கும். சிறிய இடைவெளிகளில், சீரற்ற பிசின் விநியோகம் நிர்ணய வலிமையை நேரடியாகக் குறைக்கிறது மற்றும் மோசமான நிலையில், காந்தம் தளர்த்தப்படுவதற்கு காரணமாகிறது. பாட்டிங்கின் சரியான பங்கு ஒரு  துணை கட்டுப்பாடு மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு முறையாகும் : ஸ்லீவ் மற்றும் இறுதித் தக்கவைப்பு ஏற்கனவே முதன்மை சுமை பாதையை உருவாக்கியவுடன், இது அமைப்பின் நிலைத்தன்மையையும் நீடித்து நிலைத்தன்மையையும் மேம்படுத்தலாம், ஆனால் இது சுயாதீனமாக மையவிலக்கு சுமையைச் சுமக்கும் ஒரு தீர்வாகக் கருதப்படக்கூடாது.

நம்பகத்தன்மை பெரும்பாலும் செயல்முறை விவரங்களால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது

கட்டமைப்புத் திட்டம் தீர்மானிக்கப்பட்டவுடன், பிசின் அடுக்கு மற்றும் சட்டசபை செயல்முறையின் விவரங்கள் கோட்பாட்டு வடிவமைப்பை உணர முடியுமா என்பதை தீர்மானிக்கின்றன. மீண்டும் மீண்டும் சரிபார்க்கப்பட்ட ஒரு பொறியியல் விதி:  காந்தத்தின் முழு பின்புற மேற்பரப்பிலும் பிசின் பயன்படுத்த வேண்டாம் . காந்தத்தின் பின்புறம் அல்லது ரோட்டார் மைய மேற்பரப்பில் 0.1 மிமீ வரிசையில் ஒட்டும் வழிதல் பள்ளங்களை எந்திரம் செய்வதன் மூலம், அழுத்தம் கொடுக்கப்படும் போது அதிகப்படியான பிசின் பள்ளங்களுடன் வெளியேற்றப்படுகிறது, மேலும் காற்று வெளியேற அனுமதிக்கிறது. பிணைப்பு தடிமன் பின்னர் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய வரம்பிற்குள் கட்டுப்படுத்தப்படலாம், வெற்றிட குறைபாடுகள் கணிசமாகக் குறைக்கப்படுகின்றன, மேலும் பயனுள்ள பிணைப்பு பகுதி மற்றும் நிலைத்தன்மை உண்மையில் மேம்படும். பிசின் தேர்வு கூட அறை வெப்பநிலை வெட்டு வலிமையை மட்டுமே அடிப்படையாகக் கொண்டிருக்கக்கூடாது; 150°C இல் போதுமான வெட்டு மாடுலஸை பராமரிக்கும் மாற்றியமைக்கப்பட்ட எபோக்சி கட்டமைப்பு பிசின் அதிவேக சுழலி பயன்பாடுகளுக்கு குறைந்தபட்ச தேவையாகும்.

ஸ்லீவ் சட்டசபை செயல்முறைகளும் உருவாகின்றன. பாரம்பரிய கார்பன்-ஃபைபர் ஸ்லீவ்கள் குறுக்கீடு பொருத்தம் அல்லது குளிர் பொருத்துதல் சார்ந்தது; குளிர் பொருத்துதல் தண்டு அல்லது காந்த அசெம்பிளியை குளிர்விக்க திரவ நைட்ரஜனைப் பயன்படுத்துகிறது மற்றும் காந்த செயல்திறன் அல்லது பிணைப்பு வலிமையில் குறிப்பிடத்தக்க பாதகமான விளைவைக் கொண்டிருக்கவில்லை என்று சரிபார்க்கப்பட்டது. ஒரு புதிய திசையானது  அழுத்த-பொருத்தமான கார்பன்-ஃபைபர்-வலுவூட்டப்பட்ட பாலிமர் ஸ்லீவ் ஆகும் : ஒரு தனியுரிம அழுத்த-பொருத்துதல் செயல்முறை அறை வெப்பநிலையில் பிசின் இல்லாமல் மற்றும் வெப்ப அழுத்தத்தை அறிமுகப்படுத்தாமல் அதிக ப்ரீலோடை உருவாக்குகிறது, மேலும் 30 முதல் 300 மிமீ விட்டம் கொண்ட சுழலிகளுக்கு ஏற்றது, 'குறுக்கீடு' மற்றும் 'தடுப்புச் சார்பு' பயன்பாட்டை நீக்குகிறது. அத்தகைய செயல்முறைகளின் முக்கியத்துவம் என்னவென்றால், அவை அசெம்பிளி செய்யும் போது பொருள் பண்புகளுக்கு இணை சேதத்தை குறைக்கின்றன மற்றும் ஸ்லீவ் ப்ரீலோடை மேலும் யூகிக்கக்கூடியதாகவும் மீண்டும் மீண்டும் செய்யக்கூடியதாகவும் ஆக்குகின்றன.

முடிவுரை

மேற்பரப்பில் பொருத்தப்பட்ட அதிவேக சுழலிகளில் காந்தம் தக்கவைக்கப்படுவதற்கான முக்கிய தர்க்கத்தை ஒரு வாக்கியத்தில் சுருக்கமாகக் கூறலாம்:  'ஒட்டுதல்' அடிப்படையிலான எந்த ஒரு இணைப்பும் தாங்கக்கூடாது என்று விதிக்கப்பட்ட மையவிலக்கு சுமையை சுமக்க அனுமதிக்காதீர்கள் . ஸ்லீவ் கணக்கிடப்பட்ட ரேடியல் ப்ரீலோடை வழங்குகிறது, இறுதி அமைப்பு அச்சு இடம்பெயர்வுக்கான வெளியேறலை மூடுகிறது, மேலும் பாட்டிங் மற்றும் பிசின் ஆகியவை அவற்றின் சரியான இடங்களில் நிலைப்படுத்துதல், தணித்தல் மற்றும் ஒருங்கிணைத்தல் ஆகியவற்றைச் செய்கின்றன. அதிவேக சுழலிகளுக்கு 'ஒருமுறை மற்றும் அனைவருக்கும்' தக்கவைப்பு தீர்வு இல்லை - சுமை பாதையில் அடுக்கு பாதுகாப்புகளை உருவாக்கும் மற்றும் ஒவ்வொரு இடைமுகத்திலும் உள்ள பொருட்களின் உண்மையான நடத்தையை மதிக்கும் பொறியியல் தீர்ப்பு மட்டுமே.